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Analyse und Modellierung von Ablagerungsphänomenen an Hochdruckeinspritzventilen von Ottomotoren

Von:

Florian Pickl

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Der Anteil von direkteinspritzenden Ottomotoren (GDI-Motoren) an allen zugelassenen Ottomotoren nimmt europa- und weltweit zu. In Regionen mit minderer Kraftstoffqualität erfordert dies zur Sicherstellung der Dauerhaltbarkeit und der Emissionsziele über Laufzeit eine hohe Robustheit des Hochdruckeinspritzsystems, insbesondere des Hochdruckeinspritzventils(HDEVs), gegenüber kraftstoffabgeleiteten Ablagerungen. Zur Bewertung der Ablagerungsbildung am HDEV wird in dieser Arbeit zunächst ein abstraktes, kinetisches Beschreibungsmodell entwickelt. Es umfasst physikalische und chemische Aspekte der Ablagerungskinetik und ermöglicht deren mathematische Erfassung und Quantifizierung. Anhand des entwickelten Modells werden anschließend durch Untersuchungen am Vollmotor, bei denen die Durchflussreduktion des HDEVs als Messgröße für die Ablagerungsmenge dient, sowohl die Ablagerungsbildung als auch separat chemische und physikalische Ablagerungsabbauprozesse für verschiedene Betriebspunkte bzw. Randbedingungen charakterisiert. Darauf aufbauend wird das Zusammenspiel der Ablagerungsauf- und Ablagerungsabbaumechanismen im stationären und dynamischen Motorbetrieb auch unter Zuhilfenahme von auf dem Modell basierenden numerischen Berechnungen untersucht. Die Erkenntnisse dieser Arbeit zeichnen ein in Teilmechanismen aufgeschlüsseltes, detailliertes Gesamtbild der Ablagerungskinetik. Sie ermöglichen eine verlässliche Bewertung des Einspritzsystems im Gesamtverbund Motor mit Blick auf die zu erwartende Ablagerungsmenge bzw. den zu erwartenden Durchflussdrift. Darüber hinaus erlauben die Ergebnisse dieser Arbeit Ableitungen, wie ein Motor durch die gezielte Wahl von gewissen Eigenschaften robuster gegenüber Ablagerungsbildung ausgelegt und betrieben werden.